C#序列化技术：BinaryFormatter、System.Text.Json、Protocol Buffers
在 C# 开发中，序列化是对象与数据之间桥梁式的存在，广泛应用于数据存储、网络传输、远程通信等场景。序列化：将数据结构或对象状态转换为可存储或可传输的格式的过程。这个过程将内存中的对象转换为字节序列，可以写入文件、数据库或通过网络传输。
反序列化：序列化的逆过程，将序列化的数据重新构建为内存中的对象，恢复其原始状态和结构。
1. BinaryFormatter —— 经典但已被淘汰的序列化工具
✅ 简介
BinaryFormatter 是 .NET Framework 中最早期的序列化工具之一，能将对象直接转为二进制流，适合本地持久化、进程间通信等用途。
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
// 序列化
using (var stream = new FileStream("person.bin", FileMode.Create))
{
var formatter = new BinaryFormatter();
formatter.Serialize(stream, new Person { Name = "Alice", Age = 30 });
}
// 反序列化
using (var stream = new FileStream("person.bin", FileMode.Open))
{
var formatter = new BinaryFormatter();
var person = (Person)formatter.Deserialize(stream);
}❌ 存在的问题
[*]存储数据包含完整类型信息，存在反序列化攻击风险
[*]序列化后的数据与平台强绑定，不具备跨语言能力（比如反序列化时，程序集名称必须和系列化时一致）
[*]Microsoft 在 .NET 5+ 明确弃用它，且在.NET 7中完全禁用默认使用
2. System.Text.Json —— 现代 .NET 推荐方案
✅ 简介
System.Text.Json 是 .NET Core 3.0 起官方推出的高性能 JSON 序列化库，替代了之前广泛使用的 Newtonsoft.Json，性能更好、原生支持 Span 与 UTF-8。
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
// 序列化
string json = JsonSerializer.Serialize(new Person { Name = "Bob", Age = 25 });
// 反序列化
Person person = JsonSerializer.Deserialize<Person>(json);✅ 特点
[*]人类可读的 JSON 格式，调试友好
[*]无需标记属性，默认即可工作
[*]性能优于 Newtonsoft.Json
[*]支持 ASP.NET Core 原生绑定
✅ 适合场景
[*]Web API 请求/响应体序列化
[*]日志记录、配置文件
[*]跨平台、语言间 JSON 通信
3. Protocol Buffers（Protobuf）—— 高性能二进制序列化
✅ 简介
Protobuf 是 Google 开发的跨平台、高性能、紧凑型二进制序列化协议，适用于对性能敏感、带宽有限的场景。它需要定义 .proto 文件，然后用工具生成 C# 类。
示例 .proto 文件：
syntax = "proto3";
message Person {
string name = 1;
int32 age = 2;
}生成并使用 C# 代码：
using var stream = File.Create("person.pb");
Person person = new Person { Name = "Charlie", Age = 28 };
person.WriteTo(stream);
// 反序列化
using var input = File.OpenRead("person.pb");
Person parsed = Person.Parser.ParseFrom(input);✅ 特点
[*]二进制编码，占用空间小，速度极快
[*]强类型，严格结构控制
[*]向后/向前兼容性好（字段编号）
[*]跨语言支持广泛（Java、Python、C++、Go 等）
✅ 适合场景
[*]微服务通信（如 gRPC）
[*]嵌入式设备、移动端
[*]高吞吐、高并发应用
4. 总结
大小和速度对比测试
（1）windows安装 Protocol Buffers 编译器 (protoc)
[*]前往官网下载编译器 zip 包
[*]解压后，把 bin 文件夹路径加入到环境变量中
（2）用 protoc 生成 C# 文件：
protoc --csharp_out=. Person.proto（3）代码
using System.Diagnostics;
using System.Text.Json;
using Google.Protobuf;
public class Person
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
}
class Program
{
const int Iterations = 10000;
static void Main()
{
var person = new Person { Name = "Alice", Age = 30 };
var personProto = new PersonMessage { Name = "Alice", Age = 30 };
Console.WriteLine("Running serialization benchmarks...\n");
Benchmark("System.Text.Json", () =>
{
return JsonSerializer.SerializeToUtf8Bytes(person);
}, bytes => {
JsonSerializer.Deserialize<Person>(bytes);
});
Benchmark("Protocol Buffers", () =>
{
using var ms = new MemoryStream();
personProto.WriteTo(ms);
return ms.ToArray();
}, bytes => {
PersonMessage.Parser.ParseFrom(bytes);
});
}
static void Benchmark(string name, Func<byte[]> serialize, Action<byte[]> deserialize)
{
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();
GC.Collect();
byte[] result = null;
Stopwatch sw = new Stopwatch();
// Serialize
sw.Start();
for (int i = 0; i < Iterations; i++)
{
result = serialize();
}
sw.Stop();
long serializeTime = sw.ElapsedMilliseconds;
// Deserialize
sw.Restart();
for (int i = 0; i < Iterations; i++)
{
deserialize(result);
}
sw.Stop();
long deserializeTime = sw.ElapsedMilliseconds;
double avgSerialize = serializeTime * 1000.0 / Iterations; // 微秒
double avgDeserialize = deserializeTime * 1000.0 / Iterations; // 微秒
Console.WriteLine($"[{name}]");
Console.WriteLine($"Serialized Size: {result.Length} bytes");
Console.WriteLine($"Avg Serialize Time: {avgSerialize:F2} µs");
Console.WriteLine($"Avg Deserialize Time: {avgDeserialize:F2} µs\n");
}
}View CodeRunning serialization benchmarks...
Serialized Size: 25 bytes
Avg Serialize Time: 5.50 μs
Avg Deserialize Time: 0.80 μs
Serialized Size: 9 bytes
Avg Serialize Time: 0.70 μs
Avg Deserialize Time: 0.30 μs 总结
特性BinaryFormatterSystem.Text.JsonProtocol Buffers数据格式二进制（含类型信息）JSON 文本紧凑型二进制格式性能中中-高高安全性❌ 存在严重安全风险✅ 安全✅ 安全可读性❌✅ 人类可读❌跨平台/跨语言支持❌⚠ 有限（需字段兼容）✅ 强推荐使用❌ 不推荐✅ 推荐✅ 推荐
如何选择？
需求场景推荐序列化技术高性能通信、跨语言✅ ProtobufWeb 服务、API 接口✅ System.Text.Json本地临时存储（可读性优先）✅ System.Text.Json旧项目中偶尔仍需使用⚠ BinaryFormatter（需谨慎）
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